CN108833025B - 扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，克服了现有技术对低截获性能的评估中未反映雷达通信一体化发射机、侦察机、工作环境参数和通信功能与低截获性能的定量关系，未反映发射天线和雷达通信一体化发射机工作方式对低截获性能的影响，评估结果不全面真实的问题，实现步骤为：(1)构建低截获性能评估结构模型；(2)计算雷达侦察机截获雷达信息概率；(3)计算通信截获距离；(4)确定归一化的通信截获距离；(5)设置影响因子；(6)获得低截获性能表征量；(7)验证低截获性能；本发明具有考虑雷达通信一体化系统的探测性能和通信性能、考虑发射天线参数和工作方式的优点，使评估结果更真实全面。

Description

扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法
技术领域
本发明属于电子对抗技术领域，更进一步涉及雷达通信技术领域中的一种扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评价方法。本发明可应用于将扩频处理后的通信信息嵌入到雷达系统上形成的雷达通信一体化系统中，对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能进行定量评估，其评估值可用于雷达通信一体化发射机的设计和优化提供指导。
背景技术
随着电子对抗技术的发展，雷达通信一体化系统面临着越来越多的威胁。雷达通信一体化系统的辐射信号成为飞行器行踪暴露的最大隐患，只有雷达通信一体化系统在完成目标探测及通信功能的前提下使自身被敌方侦察系统发现的概率降到最低，才能更有效地提高系统的生存能力。在工程技术领域中，对雷达通信一体化系统的低截获性能进行科学合理地评估，对提高系统的抗截获能力、有效避免电磁干扰和摧毁意义重大。
西北工业大学在其申请的专利文献“一种基于波形复杂度因子的雷达低截获概率性能评估方法”(公开号：CN106597394A，公开日：2017年04月26日，申请日：2016年12月08日)中公开了一种基于波形复杂度因子的雷达低截获概率性能评估方法。该方法首先定义了波形复杂度因子，它是一个与雷达波形时域和频域参数以及特定电子支援侦察接收机及其分选识别模型有关的多维变量，然后利用层次分析法求出各个变量的权重，从而计算出波形复杂度，用来表征雷达的低截获性能。该方法的优点是定量评估雷达的低截获性能，通过层次分析法确定了不同因素和措施相对于雷达低截获性能的贡献权值。但是，该方法仍然存在的不足之处是，仅考虑发射信号的波形复杂度对低截获性能的影响，未全面考虑雷达通信一体化接收机、雷达侦察机、工作环境和通信功能对低截获性能的影响，对低截获性能的评估不全面，而且不适用于雷达通信一体化系统的低截获性能评估。
西安电子科技大学在其申请的专利文献“机载雷达射频隐身性能评测方法”(公开号：CN104346537A，公开日：2015年02月11日，申请日：2014年11月17日)中公开了一种机载雷达的隐身性能的定量评估方法。该方法通过部分雷达通信一体化发射机参数、接收机参数及环境参数获得用于截获雷达信息的侦查接收机接收的功率及其获取信息所需要的功率，通过时域、频域、空域及能量域的联合截获，得到机载雷达发射一个波束时至少一个侦查接收机成功获取该波束的概率，进行了机载雷达射频隐身性能的评价，是一种定量评估射频隐身性能的方法。该方法的优点是全面考虑了时域、频域、空域和能量域四个域的截获概率，并且对雷达低截获性能定量分析。但是，该方法仍然存在的不足之处是，没有考虑发射机天线参数、工作方式对雷达发射波束主瓣覆盖面积影响，无法全面准确评估雷达通信一体化系统的低截获性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法。可实现使用雷达侦察机截获雷达信息和通信侦察机截获通信信息对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能的影响，定量评估系统的低截获性能。
实现本发明目的的具体思路是：通过雷达侦察机截获雷达信息概率公式和归一化的通信截获距离分别评估扩频雷达通信一体化信号中雷达信息的抗截获性能和通信信息的抗截获性能，根据截获雷达信息的影响因子和截获通信信息的影响因子，分别获得雷达信息的抗截获性能表征量和通信信息的抗截获性能表征量，根据雷达信息的抗截获性能表征量和通信信息的抗截获性能表征量获得扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量，根据扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量验证系统的低截获性能。
本发明的方法是在由一个雷达通信一体化发射机、一个雷达通信一体化接收机、多个雷达侦察机、一个通信侦察机组成的系统上实现的，具体步骤包括如下：
(1)构建低截获性能评估结构模型：
针对一个将扩频通信信息加载到雷达系统上形成的扩频雷达通信一体化系统构建低截获性能评估结构模型，包括目标层、子目标层、准则层结构，每一层的元素由下一层的元素支配，同时它又受上一层元素支配，这种上下层的支配关系形成了一个递阶控制结构；
所述的目标层为扩频雷达通信一体化系统的低截获性能验证；
所述的子目标层为扩频雷达通信一体化信号中雷达信息抗截获的性能验证和通信信息抗截获的性能验证两个分支；
所述的准则层为雷达侦察机截获雷达信息概率和归一化的通信截获距离；
(2)计算雷达侦察机截获雷达信息概率：
(2a)按照下式，计算雷达通信一体化发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积：
其中，A表示雷达通信一体化发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积，π表示圆周率值，·表示相乘操作，h表示雷达通信一体化发射机与雷达侦察机之间垂直高度，tan(·)表示求正切值操作，ε表示平坦地面上方的雷达通信一体化发射机发射的波束与地面的掠射角，arcsin(·)表示求反正弦值操作，U表示雷达通信一体化发射机发射的波束在3分贝功率下降点处的波束宽度，E表示扩频雷达通信一体化信号在空气中的传播速度，E＝3.8×108米/秒，a表示雷达通信一体化发射机天线的半孔径高度，f表示扩频雷达通信一体化信号的脉冲重复频率，b表示雷达通信一体化发射机天线的半孔径宽度；
(2b)按照下式，计算每个雷达侦察机接收的信号功率：
Figure BDA0001623521490000032
其中，Pi表示第i个雷达侦察机接收的信号功率，R表示雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离，k表示波尔兹曼常数，k＝1.38×10-23焦耳/开尔文，T0表示标准噪声温度，T0＝290开尔文，B表示雷达通信一体化接收机的匹配滤波器带宽，S表示扩频雷达通信一体化信号的扩频因子，F表示雷达通信一体化接收机的噪声系数，GTI表示雷达通信一体化发射机在雷达侦察机方向的天线增益，GI表示雷达侦察机的天线增益，LI表示雷达侦察机的系统损耗，lg(·)表示以10为底的对数操作，pfa表示雷达通信一体化接收机的虚警概率，pd表示雷达通信一体化接收机的探测概率，TD表示雷达通信一体化发射机的驻留时间，GT表示雷达通信一体化发射机的天线增益，GR表示雷达通信一体化接收机的天线增益，LT表示雷达通信一体化发射机的系统损耗，σ表示所有探测目标的反射面积；
(2c)按照下式，计算雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率：
Figure BDA0001623521490000041
其中，Pmin表示雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率，δ表示雷达侦察机的灵敏度，
Figure BDA0001623521490000042
表示平方根操作；
(2d)利用截获雷达信息概率公式，计算评估结构模型的准则层中的雷达侦察机截获雷达信息概率；
(3)按照下式，计算通信截获距离：
Figure BDA0001623521490000043
其中，d表示通信截获距离，GTE表示雷达通信一体化发射机在通信侦察机方向的天线增益，GE表示通信侦察机的天线增益，L表示降雨、水汽等大气条件下的传播损耗，ψ表示通信侦察机的灵敏度；
(4)确定归一化的通信截获距离：
(4a)当雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离大于通信截获距离时，将通信截获距离与雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离的比值，作为评估结构模型的准则层中的归一化的通信截获距离；
(4b)当雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离小于或等于通信截获距离时，将评估结构模型的准则层中的归一化的通信截获距离设置为1；
(5)设置影响因子：
(5a)在(0,1)范围内取任意值，作为截获雷达信息的影响因子；
(5b)用1减去截获雷达信息的影响因子的差，作为截获通信信息的影响因子；
(6)获得低截获性能表征量：
(6a)将截获雷达信息的影响因子与雷达侦察机截获雷达信息概率的积，作为扩频雷达通信一体化信号中雷达信息的抗截获性能表征量；
(6b)将截获通信信息的影响因子和归一化的通信截获距离的积，作为扩频雷达通信一体化信号中通信信息的抗截获性能表征量；
(6c)将扩频雷达通信一体化信号中，雷达信息抗截获性能表征量与通信信息抗截获性能表征量的值求和，作为扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量；
(7)验证低截获性能：
用扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量，表示评估结构模型的目标层中的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能，低截获性能表征量越大则扩频雷达通信一体化系统的低截获性能越差，低截获性能表征量越小则扩频雷达通信一体化系统的低截获性能越好。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第一、由于本发明利用雷达侦察机截获雷达信息概率公式中的雷达通信一体化发射机、雷达通信一体化接收机和雷达侦察机的参数，计算扩频雷达通信系统中雷达信息的抗截获性能表征量，全面反映了这些参数对一体化系统低截获性能的影响，克服了现有技术中未考虑雷达通信一体化发射机、雷达通信一体化接收机和雷达侦察机参数对低截获性能影响，评估结果不准确的问题，使本发明对雷达通信一体化系统的低截获性能评估更接近于真实值。
第二、由于本发明使用雷达通信一体化发射机天线的半孔径高度、半孔径宽度和平坦地面上方的雷达通信一体化发射机发射的波束与地面的掠射角，计算雷达通信一体化发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积，平坦地面上方的雷达通信一体化发射机发射的波束与地面的掠射角表示发射天线的实时工作方式，精确反映了发射机天线尺寸和发射天线的实时工作方式对低截获性能的影响，克服了现有技术中未考虑发射机天线参数、发射天线的实时工作方式对雷达通信一体化发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积的影响，评估结果不真实的问题，使得本发明对低截获性能的评估更真实可靠。
第三、由于本发明使用了包含通信侦察机参数的归一化的通信截获距离公式，计算扩频雷达通信系统中通信信息的抗截获性能表征量，克服了现有技术中未考虑通信功能对低截获性能影响，评估结果不全面的问题，使得本发明可以更广泛的适用于雷达通信一体化系统的低截获性能的评估。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的低截获评估系统中雷达通信一体化发射机、雷达通信一体化接收机、雷达侦察机、通信侦察机和探测目标的位置图；
图3为本发明的扩频雷达通信一体化信号脉冲重复频率与通信截获距离的关系图；
图4为本发明的雷达侦察机搜索帧时间与一体化系统低截获性能表征量的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
参照附图1，对本发明的具体步骤做进一步的描述。
步骤1，构建低截获性能评估结构模型。
针对一个将扩频通信信息加载到雷达系统上形成的扩频雷达通信一体化系统构建低截获性能评估结构模型，包括目标层、子目标层、准则层结构，每一层的元素由下一层的元素支配，同时它又受上一层元素支配，这种上下层的支配关系形成了一个递阶控制结构。
所述的目标层为扩频雷达通信一体化系统的低截获性能验证。
所述的子目标层为扩频雷达通信一体化信号中雷达信息抗截获的性能验证和通信信息抗截获的性能验证两个分支。
所述的准则层为雷达侦察机截获雷达信息的概率和归一化的通信截获距离。
结合图2的低截获评估系统中雷达通信一体化发射机、雷达通信一体化接收机、雷达侦察机、通信侦察机和探测目标的位置图，对评估模型中系统位置的关系做进一步的描述。
图2“*”表示一个雷达通信一体化发射机，“$”表示与雷达通信一体化发射机处于同一位置的一个雷达通信一体化接收机，“#”表示处于任意位置的一个通信侦察机，“+”表示平坦地面上多个雷达侦察机，“.”表示与雷达侦察机处于同一位置的多个探测目标，ε表示位于平坦地面上方的雷达通信一体化发射机发射的波束相对地面的掠射角，h表示雷达通信一体化发射机与雷达侦察机之间垂直高度，椭圆表示包含多个雷达侦察机的雷达通信一体化发射机发射波束的主瓣覆盖区域，椭圆右上方的两条切线表示雷达通信一体化发射机发射波束的主瓣。
步骤2，计算雷达侦察机截获雷达信息概率。
按照下式，计算雷达通信一体化发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积。
Figure BDA0001623521490000071
其中，A表示雷达通信一体化发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积，π表示圆周率值，·表示相乘操作，h表示雷达通信一体化发射机与雷达侦察机之间垂直高度，tan(·)表示求正切值操作，ε表示平坦地面上方的雷达通信一体化发射机发射的波束与地面的掠射角，arcsin(·)表示求反正弦值操作，U表示雷达通信一体化发射机发射的波束在3分贝功率下降点处的波束宽度，E表示扩频雷达通信一体化信号在空气中的传播速度，E＝3.8×108米/秒，a表示雷达通信一体化发射机天线的半孔径高度，f表示扩频雷达通信一体化信号的脉冲重复频率，b表示雷达通信一体化发射机天线的半孔径宽度。
利用雷达的探测性能，获得雷达通信一体化接收机探测目标所需的回波信噪比公式如下：
其中，SNR表示雷达通信一体化接收机探测目标所需的回波信噪比，lg(·)表示以10为底的对数操作，pfa表示雷达通信一体化接收机的虚警概率，pd表示雷达通信一体化接收机的探测概率。
所述的雷达的探测性能是指，满足斯威林I型目标的单脉冲检测概率公式。
所述的斯维林I型目标的单脉冲检测概率公式如下：
利用理想状态下雷达通信一体化接收机的噪声功率、雷达通信一体化接收机探测目标所需的回波信噪比公式、雷达通信一体化接收机的相参积累特性和通信信息的扩频处理对雷达通信一体化信号带宽的影响，获得雷达通信一体化接收机探测目标所需的最小信号功率公式如下：
Figure BDA0001623521490000081
其中，J表示雷达通信一体化接收机探测目标所需的最小信号功率，TD表示雷达通信一体化发射机的驻留时间，k表示波尔兹曼常数，k＝1.38×10-23焦耳/开尔文，T0表示标准噪声温度，T0＝290开尔文，B表示雷达通信一体化接收机的匹配滤波器带宽，S表示扩频雷达通信一体化信号的扩频因子，F表示雷达通信一体化接收机的噪声系数。
所述的理想状态下雷达通信一体化接收机的噪声功率为波尔兹曼常数、标准噪声温度、雷达通信一体化接收机的匹配滤波器带宽和雷达通信一体化接收机的噪声系数的积。
所述的雷达通信一体化接收机的相参积累特性是指，雷达通信一体化接收机对M个回波脉冲累加，使得雷达通信一体化接收机的检测因子变为原来的
Figure BDA0001623521490000082
倍，雷达通信一体化接收机探测目标所需的最小信号功率变为原来的
Figure BDA0001623521490000083
倍，而且M是雷达通信一体化发射机的驻留时间和扩频雷达通信一体化信号的脉冲重复频率的积。
所述的通信信息的扩频处理对雷达通信一体化信号带宽的影响是指，通信信号经过扩频因子为S的扩频处理之后信号的带宽变为原来的S倍。
利用雷达通信一体化接收机探测目标所需的最小信号功率公式和雷达探测方程，获得雷达通信一体化发射机发射的信号功率公式如下：
Figure BDA0001623521490000084
其中，PT表示雷达通信一体化发射机发射的信号功率，R表示雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离，GT表示雷达通信一体化发射机的天线增益，GR表示雷达通信一体化接收机的天线增益，LT表示雷达通信一体化发射机的系统损耗，σ表示所有探测目标的反射面积。
所述的雷达探测方程如下：
Figure BDA0001623521490000091
其中，λ为扩频雷达通信一体化信号的波长。
所述的雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离的计算公式如下：
Figure BDA0001623521490000092
利用雷达通信一体化发射机发射的信号功率和雷达侦查方程，获得每个雷达侦察机接收的信号功率公式如下：
Figure BDA0001623521490000093
其中，Pi表示第i个雷达侦察机接收的信号功率，GTI表示雷达通信一体化发射机在雷达侦察机方向的天线增益，GI表示雷达侦察机的天线增益，LI表示雷达侦察机的系统损耗。
所述的雷达侦查方程如下：
其中，Pmin表示雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率。
利用雷达侦察机的非相参积累特性，获得雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率公式如下：
Figure BDA0001623521490000095
其中，δ表示雷达侦察机的灵敏度，
Figure BDA0001623521490000096
表示平方根操作。
所述的雷达侦察机的非相参积累特性是指，雷达侦察机对M个回波脉冲累加，雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率变为原来的
Figure BDA0001623521490000097
倍。
利用截获雷达信息概率公式，计算评估结构模型的准则层中的雷达侦察机截获雷达信息概率。
所述的截获雷达信息概率公式如下：
q＝A·(2·Pi/Pmin)C·D·TOT/TI
其中，q表示雷达侦察机截获雷达信息的概率，C表示相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值，D表示多个雷达侦察机在平坦地面上的分布密度，TOT表示雷达通信一体化发射机发射的波束对雷达侦察机的扫描时间，TI表示雷达侦察机搜索帧时间。
所述的相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C，根据天线孔径的加权方式和形状由以下三种情形确定：
A.当天线孔径是未加权圆形孔径时，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C＝0.477。
B.当天线孔径是未加权矩形孔径时，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C＝0.2。
C.当天线孔径是幅度加权孔径时，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C＝0.12。
步骤3，按照下式，计算通信截获距离。
Figure BDA0001623521490000101
其中，d表示通信截获距离，GTE表示雷达通信一体化发射机在通信侦察机方向的天线增益，GE表示通信侦察机的天线增益，L表示降雨、水汽等大气条件下的传播损耗，ψ表示通信侦察机的灵敏度。
所述的通信截获距离是指，雷达通信一体化发射机发射的信号被通信侦察机截获时，雷达通信一体化发射机与通信侦察机的最大距离。
步骤4，确定归一化的通信截获距离。
当雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离大于通信截获距离时，将通信截获距离与雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离的比值，作为评估结构模型的准则层中的归一化的通信截获距离。
当雷达通信一体化发射机和多个探测目标的平均距离小于或等于通信截获距离时，将评估结构模型的准则层中的归一化的通信截获距离设置为1。
步骤5，设置影响因子。
在(0,1)范围内取任意值，作为截获雷达信息的影响因子。
所述的截获雷达信息的影响因子是指，雷达侦察机截获雷达信息对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能的影响系数。
用1减去截获雷达信息的影响因子的差，作为截获通信信息的影响因子。
所述的截获通信信息的影响因子是指，通信侦察机截获通信信息对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能的影响系数。
步骤6，获得低截获性能表征量。
将截获雷达信息的影响因子与雷达侦察机截获雷达信息概率的积，作为扩频雷达通信一体化信号中雷达信息的抗截获性能表征量。
将截获通信信息的影响因子和归一化的通信截获距离的积，作为扩频雷达通信一体化信号中通信信息的抗截获性能表征量。
将扩频雷达通信一体化信号中，雷达信息的抗截获性能表征量与通信信息的抗截获性能表征量的值求和，作为扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量。
步骤7，验证低截获性能。
用扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量，表示评估结构模型的目标层中的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能，低截获性能表征量越大则扩频雷达通信一体化系统的低截获性能越差，低截获性能表征量越小则扩频雷达通信一体化系统的低截获性能越好。
下面结合仿真图对本发明做进一步说明：
1.仿真条件：
本发明的仿真试验中采用雷达通信一体化发射机天线的半孔径高度为1.9558米，半孔径宽度为0.9652米，雷达通信一体化发射机与雷达侦察机之间垂直高度为3000米，平坦地面上方的雷达通信一体化发射机发射的波束与地面的掠射角为37度，雷达通信一体化发射机发射的波束在3分贝功率下降点处的波束宽度为1.6，扩频雷达通信一体化信号的脉冲重复频率为3.8×106赫兹，雷达通信一体化接收机的匹配滤波器带宽为109赫兹，扩频雷达通信一体化信号的扩频因子为4，雷达通信一体化接收机的噪声系数为2dB，雷达通信一体化发射机在雷达侦察机方向的天线增益为10-9，雷达侦察机的天线增益为100，雷达侦察机的系统损耗为10-8，雷达通信一体化接收机的虚警概率为10-8，雷达通信一体化接收机的探测概率为0.9，雷达通信一体化发射机的驻留时间为0.2秒，雷达通信一体化发射机的天线增益为104，雷达通信一体化接收机的天线增益为104，雷达通信一体化发射机的系统损耗为10-9，所有探测目标的反射面积为100平方米，雷达侦察机的灵敏度为10-8，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值为0.477，多个雷达侦察机在平坦地面上的分布密度为0.001台/平方千米，雷达通信一体化发射机发射的波束对雷达侦察机的扫描时间为0.2秒，雷达侦察机搜索帧时间为6秒，雷达通信一体化发射机在通信侦察机方向的天线增益为10-2，通信侦察机的天线增益为104，降雨、水汽等大气条件下的传播损耗为10-9，通信侦察机的灵敏度为10-9，截获雷达信息的影响因子为0.5，截获通信信息的影响因子为0.5。
2.仿真内容及其结果分析：
1.仿真实验1：
本发明的仿真实验1是，使用扩频雷达通信一体化信号脉冲重复频率作为参数，对通信截获距离进行仿真，得到图3所示的扩频雷达通信一体化信号脉冲重复频率与通信截获距离的关系图。
图3中的横坐标表示扩频雷达通信一体化信号脉冲重复频率，单位为兆赫兹，纵坐标表示通信截获距离，单位为米。图3中的实线表示随着扩频雷达通信一体化信号脉冲重复频率的改变，通信截获距离的变化趋势曲线。本发明的方法可以看出随着扩频雷达通信一体化信号脉冲重复频率的增加，通信截获距离减小。说明本发明反映了扩频雷达通信一体化系统中脉冲重复频率对通信信息抗截获能力的影响，评估结果更全面，使用本发明方法评估扩频雷达通信一体化的低截获性能更全面精准。
2.仿真实验2：
本发明的仿真实验2是，使用雷达侦察机搜索帧时间作为参数，对一体化系统低截获性能表征量进行仿真，得到图4所示的雷达侦察机搜索帧时间与一体化系统低截获性能表征量的关系图。
图4中的横坐标表示雷达侦察机搜索帧时间，单位为秒，纵坐标表示一体化系统低截获性能表征量。图4中以圆形标示的曲线表示雷达侦察机的灵敏度为-100分贝瓦时，一体化系统低截获性能性能表征量随着雷达侦察机搜索帧时间的变化趋势曲线。以加号标示的曲线表示雷达侦察机的灵敏度为-95分贝瓦时，一体化系统低截获性能表征量随着雷达侦察机搜索帧时间的变化趋势曲线。以正方形标示的曲线表示雷达侦察机的灵敏度为-90分贝瓦时，一体化系统低截获性能表征量随着雷达侦察机搜索帧时间的变化趋势曲线。以星号标示的曲线表示雷达侦察机的灵敏度为-85分贝瓦时，一体化系统低截获性能表征量随着雷达侦察机搜索帧时间的变化趋势曲线。以三角形标示的曲线表示雷达侦察机的灵敏度为-80分贝瓦时，一体化系统低截获性能表征量随着雷达侦察机搜索帧时间的变化趋势曲线。
图4中的五条不同的曲线，表示不同的雷达侦察机的灵敏度条件下的一体化系统低截获性能表征量曲线，同一条曲线上的点表示固定的雷达侦察机的灵敏度条件下，不同的雷达侦察机搜索帧时间对一体化系统低截获性能表征量的影响曲线。可以看出，随着雷达侦察机的灵敏度的增加，一体化系统低截获性能表征量减小，随着雷达侦察机搜索帧时间减小，一体化系统低截获性能表征量减小，由此可见，采用本发明的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，能够定量地描述不同因素对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能的影响，评估结果更接近真实值，使用本发明评估扩频雷达通信一体化系统的低截获性能更真实准确。

Claims (6)

1.一种扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，其特征在于，本发明的方法是在由一个雷达发射机、一个雷达接收机、多个雷达侦察机、一个通信侦察机组成的系统上实现的，具体步骤包括如下：
(1)构建低截获性能评估结构模型：
构建一个将扩频通信信息加载到雷达系统上形成的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估结构模型，包括目标层、子目标层、准则层结构，每一层的元素由下一层的元素支配，同时它又受上一层元素支配，这种上下层的支配关系形成了一个递阶控制结构；
所述的目标层为扩频雷达通信一体化系统的低截获性能验证；
所述的子目标层为扩频雷达通信一体化信号中雷达信息抗截获的性能验证和通信信息抗截获的性能验证两个分支；
所述的准则层为雷达侦察机截获雷达信息的概率和归一化的通信截获距离；
(2)计算雷达侦察机截获雷达信息概率：
(2a)按照下式，计算雷达发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积：
Figure FDA0002289876200000011
其中，A表示雷达发射机发射的波束在平坦地面上的主瓣覆盖面积，π表示圆周率值，·表示相乘操作，h表示雷达发射机与雷达侦察机之间垂直高度，tan(·)表示求正切值操作，ε表示平坦地面上方的雷达发射机发射的波束与地面的掠射角，arcsin(·)表示求反正弦值操作，U表示雷达发射机发射的波束在3分贝瓦功率下降点处的波束宽度，E表示扩频雷达通信一体化信号在空气中的传播速度，E＝3.8×108米/秒，f表示扩频雷达通信一体化信号的脉冲重复频率，a表示雷达发射机天线的半孔径高度，b表示雷达发射机天线的半孔径宽度；
(2b)按照下式，计算每个雷达侦察机接收的信号功率：
Figure FDA0002289876200000021
其中，Pi表示第i个雷达侦察机接收的信号功率，R表示雷达发射机与多个探测目标的平均距离，k表示波尔兹曼常数，k＝1.38×10-23焦耳/开尔文，T0表示标准噪声温度，T0＝290开尔文，B表示雷达接收机的匹配滤波器带宽，S表示扩频雷达通信一体化信号的扩频因子，F表示雷达接收机的噪声系数，GTI表示雷达发射机在雷达侦察机方向的天线增益，GI表示雷达侦察机的天线增益，LI表示雷达侦察机的系统损耗，lg(·)表示以10为底的对数操作，pfa表示雷达接收机的虚警概率，pd表示雷达接收机的探测概率，TD表示雷达发射机的驻留时间，GT表示雷达发射机的天线增益，GR表示雷达接收机的天线增益，LT表示雷达发射机的系统损耗，σ表示所有探测目标的反射面积；
(2c)按照下式，计算雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率：
Figure FDA0002289876200000022
其中，Pmin表示雷达侦察机截获雷达信息所需的最小信号功率，δ表示雷达侦察机的灵敏度，
Figure FDA0002289876200000023
表示平方根操作；
(2d)利用截获雷达信息概率公式，计算评估结构模型的准则层中的雷达侦察机截获雷达信息概率；
(3)按照下式，计算通信截获距离：
其中，d表示通信截获距离，GTE表示雷达发射机在通信侦察机方向的天线增益，GE表示通信侦察机的天线增益，L表示降雨、水汽大气条件下的传播损耗，ψ表示通信侦察机的灵敏度；
(4)确定归一化的通信截获距离：
(4a)当雷达发射机和多个探测目标的平均距离大于通信截获距离时，将通信截获距离与雷达发射机和多个探测目标的平均距离的比值，作为评估结构模型的准则层中的归一化的通信截获距离；
(4b)当雷达发射机和多个探测目标的平均距离小于或等于通信截获距离时，将评估结构模型的准则层中的归一化的通信截获距离设置为1；
(5)设置影响因子：
(5a)在(0,1)范围内取任意值，作为截获雷达信息的影响因子；
(5b)用1减去截获雷达信息的影响因子的差，作为截获通信信息的影响因子；
(6)获得低截获性能表征量：
(6a)将截获雷达信息的影响因子与雷达侦察机截获雷达信息概率的积，作为扩频雷达通信一体化信号中雷达信息抗截获性能表征量；
(6b)将截获通信信息的影响因子和归一化的通信截获距离的积，作为扩频雷达通信一体化信号中通信信息抗截获性能表征量；
(6c)将扩频雷达通信一体化信号中，雷达信息抗截获性能表征量与通信信息抗截获性能表征量的值求和，作为扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量；
(7)验证低截获性能：
用扩频雷达通信一体化系统的低截获性能表征量，表示评估结构模型的目标层中的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能，低截获性能表征量越大则扩频雷达通信一体化系统的低截获性能越差，低截获性能表征量越小则扩频雷达通信一体化系统的低截获性能越好。
2.根据权利要求1所述的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，其特征在于，步骤(2b)中所述的雷达发射机与多个探测目标的平均距离的计算公式如下：
Figure FDA0002289876200000031
其中，R表示雷达发射机与多个探测目标的平均距离。
3.根据权利要求1所述的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，其特征在于，步骤(2d)中所述的截获雷达信息概率公式如下：
q＝A·(2·Pi/Pmin)C·D·TOT/TI
其中，q表示雷达侦察机截获雷达信息的概率，C表示相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值，D表示多个雷达侦察机在平坦地面上的分布密度，TOT表示雷达发射机发射的波束对雷达侦察机的扫描时间，TI表示雷达侦察机搜索帧时间；
所述的相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C，根据天线孔径的加权方式和形状由以下三种情形确定：
A.当天线孔径是未加权圆形孔径时，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C＝0.477；
B.当天线孔径是未加权矩形孔径时，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C＝0.2；
C.当天线孔径是幅度加权孔径时，相对天线孔径覆盖面积与相对雷达侦察机灵敏度的比值C＝0.12。
4.根据权利要求1所述的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，其特征在于，步骤(3)中所述的通信截获距离是指，雷达发射机发射的信号被通信侦察机截获时，雷达发射机与通信侦察机的最大距离。
5.根据权利要求1所述的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，其特征在于，步骤(5a)中所述的截获雷达信息的影响因子是指，雷达侦察机截获雷达信息对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能的影响系数。
6.根据权利要求1所述的扩频雷达通信一体化系统的低截获性能评估方法，其特征在于，步骤(5b)中所述的截获通信信息的影响因子是指，通信侦察机截获通信信息对扩频雷达通信一体化系统的低截获性能的影响系数。
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